研究背景
柔软且可拉伸的集成电子系统在重症监护、康复、闭环诊断和治疗以及虚拟现实/增强现实方面具有潜在用途。这些系统通过开发新型材料和架构取得了最新进展，特别是横向应变岛-桥和垂直应变隔离工程使得将传统刚性集成电路与可拉伸聚合物基材集成成为可能，结合了成熟的IC设计和软组织的机械性能。尽管3D可拉伸电子设备有望实现高密度和多功能性，但其发展仍处于早期阶段，面临刚性组件与可拉伸电路接口的创建等挑战。此外，传统制造方法导致3D堆栈厚度较大，降低了适形性和拉伸性，且缺乏渗透性，影响佩戴者舒适度和长期生物相容性。
研究成果
香港理工大学郑子剑教授联合香港城市大学于欣格教授共同报告了一种可渗透的三维集成电子皮肤。该系统利用三维图案化多层液态金属电路和可拉伸混合液态金属焊料，将高密度无机电子元件与有机可拉伸纤维基底相结合。这种电子皮肤具有高柔软性、耐用性、类似织物的透气透湿性和足够的生物相容性，可在皮肤上附着一周。作者利用该平台创建无线、电池供电和无电池的皮肤附着生物电子系统，该系统具有复杂的系统级功能，包括稳定的生物信号传感、信号处理和分析、电刺激和无线通信。相关成果以“Permeable, three-dimensional integrated electronic skins with stretchable hybrid liquid metal solders”为题发表在Nature Electronics期刊上。
图文导读
图1: P3D电子皮肤
图2：使用超拉伸 hLM 焊料的可靠 3D 混合接口
图3 ：使用 P3D-电子皮肤 进行无线经皮电刺激和电生理传感
图4 ：基于P3D-电子皮肤平台的无电池可伸缩NFC系统
总结与展望
将商用电子元件与可拉伸印刷电路相结合的生物电子学可提供高质量和持续的健康监测和干预。长期使用需要可渗透且可拉伸的3D集成电子系统，但高集成密度的3D集成可拉伸电子产品通常使用不渗透材料，而高渗透性系统的集成密度较低。作者开发了一种P3D-电子皮肤，使刚性电子元件能够以3D配置与可拉伸纤维基材集成，并使用可拉伸混合LM焊料提供可靠接口，通过LM VIA形成垂直电气连接，并通过纤维垫形成电绝缘。作者的集成策略通过逐层制造原位电纺纤维垫和可拉伸VIA连接的微图案LM电路，实现了多层柔软可拉伸电路。与可拉伸薄膜基材制成的皮肤相比，P3D-电子皮肤更轻、更薄、更柔软且更具拉伸性，并在皮肤测试中表现出长期生物相容性。
